GEMİ İNŞAATI PROJE II SEVK ANALİZİ VE MAKİNA SEÇİMİ İLE İLGİLİ GENEL ESASLAR Proje II dersi kapsamında yapılması öngörülen çalışmanın genel hatları; 1. Pervane seçimi (Standart seri ya da temel dizayn) 2. Gemi sevk katsayılarının belirlenmesi ve performans tahmini (İstatistiksel yöntem, deney veya benzer gemiden analiz) 3. Makina seçimi 4. Makina ve pervane uyumunun sağlandığının gösterilmesi (Pervane çalışma bölgesi makina güvenli çalışma bölgesi diyagramlarında gösterilecektir) 5. Kavitasyon kontrolu. 1
Sevk Analizi ve Makina Seçimi Proje çalışmasında tek yada daha fazla pervanenin kullanıldığı durumlarda uygulanacak yöntem önerilmiştir. Diğer sevk sistemlerinin (su jeti, podlu sistem, gibi...) kullanıldığı durumlarda mümkün olduğu kadar önerilen formata bağlılık öngörülmüştür. Bu öneride örnek bir tekne seçilmiştir. Bu tekneye ait tam takıntılı direnç değerleri direnç analizi bölümünden alınmış ve sevk analizi ve makina seçiminin 5 ana adımdan oluşması gerektiği düşünülmüştür. Bunlar; 1. Pervane seçimi 2. Gemi sevk katsayılarının belirlenmesi ve performans tahmini 3. Makina seçimi 4. Makina ve pervane uyumunun sağlanması 5. Kavitasyon kontrolu. Şeklinde tanımlanabilir. 1. Pervane Seçimi: Pervane seçimi tercihan standard serilerden ya da dizayn şeklinde yapılır. Pervane seçimi yapıldıktan sonra belirtilmesi gerekli parametreler aşağıdaki tablolarda verilmektedir. Pervane seçimi aslında iteratif bir işlem olup 1-3 nolu adımların birkaç kez yapılmasını gerektirmektedir. Normal olarak pervane seçimi dizayn hızına karşı gelen direnç kuvveti ve bu kuvveti itme azalması katsayısı ile birlikte yenen optimum pervaneyi bulmak şeklindedir. Sonuçta bulunacak olan pervanenin makina ile de uyumlu bir şekilde çalışması, makul bir titreşim düzeyini haiz olması ve kavitasyon yapmaması gerekmektedir. Pervane seçiminde ilk dökümlenecek unsur pervane açık su karakteristikleri olmalıdır. Bu karakteristikler Tablo 1 de verilen formata uygun şekilde hazırlanmalıdır. 2
Tablo 1. Pervane açık su karakteristikleri!------------------!-----------------------------------!! DİZAYN DATASI! GEMİ!!------------------!---------------!---------!---------!! GÜÇ - PD HP(MET)! 4216.92! J! 0.4759!! GÜÇ - PD KW! 3101.12! KQ! 0.0186!! İTME - TH KN! 368.90! KT! 0.1443!! RPM! 130.00! T! 0.2189!! GEMİ HIZI -KNOTS! 14.50! WT! 0.3365!!------------------!---------------!---------!---------!!-----------!-----------!-----------!-----------!! J! KT! KQ! ETA0!!-----------!-----------!-----------!-----------!! 0.1000! 0.29453! 0.03212! 0.14595!! 0.2000! 0.25599! 0.02901! 0.28089!! 0.3000! 0.21462! 0.02542! 0.40318!! 0.4000! 0.17107! 0.02140! 0.50881!! 0.4343! 0.15554! 0.01991! 0.53986!! 0.5000! 0.12499! 0.01690! 0.58857!! 0.6000! 0.07602! 0.01183! 0.61370!! 0.7000! 0.02459! 0.00604! 0.45371!!-----------!-----------!-----------!-----------! Burada, PD : Pervaneye verilmesi gerekli güç (Kilo Watt) - P D TH : Pervanenin sağlaması gerekli itme kuvveti (Kilo Newton) - T RPM : Pervane dakikada devir sayısı N VS : Gemi dizayn hızı (knot) - V S J : Pervane ilerleme katsayısı - J KT : Pervane itme katsayısı - K t KQ : Pervane döndürme momenti katsayısı - K Q ETA0 : Pervane açık su verimi - η 0 T : İtme azalması katsayısı t WT : İz katsayısı w ETAB : Tekne arkasındaki pervane verimi - η B o o Pervane açık su karakteristrikleri tercihan dizayn noktasını da içermelidir. (Örnek tabloda J=0.4343 gibi) Pervane açık su karakteristikleri aynı zamanda grafiksel olarak ifade edilmelidir. Grafiklerde pervane döndürme momenti katsayısı değişimi aynı grafikte gösterimi sağlamak amacı ile 10 ile çarpılmalıdır. (Şekil 1) 3
Pervane Açık Su Karakteristikleri Kt, 10Kq, Eta0 0.70 0.60 0.50 0.40 0.30 0.20 0.10 0.00 0 0.2 0.4 0.6 0.8 J - İlerleme Katsayısı Kt 10Kq Eta0 Şekil 1. Pervane açık su karakteristikleri. o Pervane standard serilerden seçilmediği şartlarda pervane geometrisine ait detaylar Tablo 2 de gösteridiği şekilde verilmelidir. Tablo 2. Pervane geometrik detayları!------------------!----------!----------!----------!----!! ÖZELLİKLER! GEMİ!P/D(ORT.)! AE/A0! Z!!------------------!----------!----------!----------!----!! ÇAP D M! 4.8000! 0.7074! 0.5000! 4!! ORTALAMA PİÇ M! 3.3954!!!!!------------------!----------!----------!----------!----!!----------!----------!----------!----------!----------!! r/r! P/D! C/D! t/c! f/c!!!!! (*100)! (*100)!!----------!----------!----------!----------!----------!! 0.285! 0.6913! 0.147! 23.370! 0.000!! 0.300! 0.7004! 0.160! 20.413! 3.708!! 0.350! 0.7307! 0.199! 13.741! 4.432!! 0.400! 0.7310! 0.235! 9.771! 3.713!! 0.500! 0.7292! 0.290! 5.726! 2.501!! 0.600! 0.7288! 0.323! 3.654! 1.934!! 0.700! 0.7226! 0.332! 2.468! 1.727!! 0.800! 0.7084! 0.319! 1.725! 1.647!! 0.850! 0.6982! 0.301! 1.493! 1.633!! 0.900! 0.6846! 0.274! 1.352! 1.550!! 0.950! 0.6679! 0.225! 1.425! 1.338!! 0.975! 0.6585! 0.179! 1.672! 1.135!! 1.000! 0.6492! 0.101! 1.368! 0.000!!----------!----------!----------!----------!----------! 4
Burada, D : Pervane çapı m. Ort. Piç : Pervane ortalama piç değeri (Pervane sabit hatveli değil ise moment metodu ile hesaplanacaktır.) C/D : Pervane kanat kesitleri kort boyları dağılımı. t/d : Pervane kanat kesitleri kalınlık oranı dağılımı. f/c : Pervane kanat kesitleri sehim oranı dağılımı. AE/A0 : Pervane düzlenmiş kanat açınım alanı oranı. Z : Pervane kanat sayısı. İle tanımlıdır. 2. Gemi sevk katsayılarının belirlenmesi ve performans tahmini: Gemiye ait sevk katsayıları Tablo 3 de gösterildiği gibi uygun bir istatistiksel yöntem kullanılarak belirlenmelidir. Tablo 3. Gemi sevk katsayıları Vs Pe Pd w t t η H η 0 η r η d (Knot) 10.0 615 0.314 0.184 1.190 0.608 1.016 0.734 838 10.5 706 0.317 0.184 1.195 0.608 1.016 0.737 958 11.0 807 0.319 0.184 1.198 0.608 1.016 0.738 1093 11.5 923 0.320 0.185 1.199 0.607 1.016 0.739 1249 12.0 1064 0.321 0.186 1.198 0.606 1.016 0.736 1445 12.5 1242 0.322 0.189 1.195 0.602 1.016 0.730 1700 13.0 1433 0.322 0.192 1.192 0.600 1.016 0.725 1975 13.5 1635 0.322 0.194 1.190 0.597 1.016 0.721 2266 14.0 1904 0.324 0.199 1.186 0.592 1.016 0.712 2673 14.3 2143 0.327 0.205 1.181 0.585 1.016 0.701 3059 14.4 2250 0.329 0.209 1.178 0.581 1.016 0.694 3242 14.5 2371 0.331 0.216 1.173 0.576 1.016 0.685 3460 14.6 2495 0.332 0.217 1.173 0.572 1.016 0.680 3669 14.7 2616 0.334 0.220 1.170 0.568 1.016 0.674 3882 15.0 2965 0.338 0.229 1.164 0.557 1.016 0.658 4506 5
Burada VS : Gemi hızları (dizayn hızı mutlaka yer almalıdır) WT : İz katsayısı değişimi w T : İtme azalması katsayısı değişimi t ETAH : Tekne verimi η H = ( 1 t) ( 1 w) ETA0 : Pervane açık su verimi değişimi - η 0 ETAR : Pervane rölatif dönme verimi değişimi - η R ETAD : Genel sevk verimi - ηd = ηηη H 0 R P e : Tekne efektif gücü kw (Direnç analizinden bulunacaktır) P d : Pervaneye verilmesi gereken minimum güç kw. o İz, itme azalması ve rölatif dönme verimi katsayıları kullanılan yönteme bağlı olarak bütün hız değerleri için aynı çıkabilir. Pervane verimi değişeceği için genel sevk verimi değişeceğinden tablo her durumda tesis edilmelidir. o Sevk katsayıları şekil 2 de gösterildiği üzere tercihan grafiksel olarak da ifade edilmelidir. Gemi Sevk Katsayıları 1.4 WT, T, ETAH, ETA0, ETAR, ETAD 1.2 1.0 0.8 0.6 0.4 0.2 0.0 9.5 10.5 11.5 12.5 13.5 14.5 15.5 Gemi Hızı - Knot WT T ETAH ETA0 ETAR ETAD Şekil 2. Gemi sevk katsayıları değişimi. 6
3. Makina seçimi: Gemi performans tahmini analizinde yer alması gerekli değişkenler Tablo 4 de örnek olarak gösterilmiştir. Tablo 4. Performans tahmini V s (Knot) P e η D P d P bmin P b 10.0 615 0.734 838 855 1207 10.5 706 0.737 958 978 1379 11.0 807 0.738 1093 1115 1574 11.5 923 0.739 1249 1274 1798 12.0 1064 0.736 1445 1474 2081 12.5 1242 0.73 1700 1735 2448 13.0 1433 0.725 1975 2015 2844 13.5 1635 0.721 2266 2312 3263 14.0 1904 0.712 2673 2728 3849 14.3 2143 0.701 3059 3121 4404 14.4 2250 0.694 3242 3308 4668 14.5 2371 0.685 3460 3531 4982 14.6 2495 0.68 3669 3744 5283 14.7 2616 0.674 3882 3961 5589 15.0 2965 0.658 4506 4598 6488 Burada V S : Gemi hızları (dizayn hızı mutlaka ter almalıdır) P e : Tekne efektif güç değişimi (Direnç analizinden) η : Genel sevk verimi değişimi D P d : Makina tarafından pervaneye verilmesi gerekli min. güç kw. P bmin : Gemiye konulması gerekli minimum makina gücü kw. P b : Gemiye konması gerekli makina gücü kw o Gerekli minimum makina gücü transmisyon verimi düşünülerek P bmin P η D = şeklinde TR hesaplanmalıdır. Burada transmisyon verimi -η TR, %98 olarak alınmıştır. Farklı dizaynlar için (devir düşürücü vs.) transmisyon verimi düşebilir. o Gemiye konulması gerekli makina, tercihan makina marjini ve deniz marjini düşünülerek hesaplanmalıdır. Farklı dizaynlar için (örneğin şafta bağlı bir jeneratör bulunması halinde) 7
ilave marjinler eklenmelidir. Burada örnek olarak %85 makina ve %20 deniz marjini değerleri için konulması makina gücü olarak hesaplanabilir. 1 Pb= 1.20 { 0.85 { Pb min Makina Marjini Deniz Marjini o Gemi performans tahmin değerleri Şekil 3 de gösteridiği üzere grafiksel olarak da ifade edilmelidir. Gemi Güç Gereksinimi 7000 6000 5000 Güç - kw 4000 3000 2000 1000 0 9.5 10.5 11.5 12.5 13.5 14.5 15.5 Vs - Knot Şekil 3. Gemi performans tahmini. Pe Pbmin Pb Makina devri ile pervane devri uyuşmadığı zaman gerekli devir düşürücüler kullanılabilir. Bulunan makinanın devri pervane devrinden farklı ise tüm hesaplar bu devir için yeniden yapılmalıdır. Gemi sevk gücünün tayini genellikle kontrat şartnamesine göre belirlenmektedir. Şartname uyarınca belli bir draftta belirli bir seyir tecrübesi hızı gemi sahibi tarafından istenebilir. Bu durumda pervanenin öncelikle şartname kurallarını sağlaması öncelik kazanır. 8
4. Makina ve pervane uyumunun sağlanması: Şüphesiz dizayn edilen pervane ile makina uyumlu bir şekilde çalışmalıdır. Bunun tesisi için seçilecek makinanın makina güvenli bölgede çalışma diyagramı (Engine Layout Diagram) bulunmalı. Pervanenin diyagramdaki çalışma bölgesi ek bir eğri veya dizayn noktası halinde diyagramda Şekil 5 de olduğu gibi gösterilmelidir. Şekil 5. Makina Pervane uyumunun tesisi. Curve A: Aşırı piçli pervane, Curve B: Düşük piçli pervane: Propeller demand curve: Dizaynı iyi yapılmış pervaneyi gösterir. 5. Kavitasyon kontrolu Şüphesiz dizayn edilen pervanenin makul bir kavitasyon ve titreşim düzeyini haiz olması gerekir. Kavitasyon kontrolu Burril in %5 veya %2.5 sirt kavitasyonu sınır eğrileri kullanılarak yapılabilir. Eğer pervane kavitasyon gösterirse açınım alanı oranı artırılıp önceki adımların tekrarına gidilmelidir. 9